一种多回路充放电防爆电池的制作方法

1.本发明涉及新能源电池技术领域，尤其是涉及一种多回路充放电防爆电池。


背景技术：

2.现有电池以其循环寿命好、环境友好、价格合适等优点而受到市场的青睐，并广泛应用于通讯电子、电动汽车等领域。为了提高电动车的续航里程，满足社会的切实需要，开发设计高能量密度的电池已成为行业趋势，但是高能量密度的电池在针刺、挤压、短路以及过充等情况下容易出现爆炸或起火等安全事故，因此，使用者、售后端以及电池生产厂商都对电池的安全性能提出了新的更高要求。目前，主要采用提高正极活性物质层中粘结剂含量或增厚隔离膜表面的陶瓷涂层等方式来改善电池的安全性能，但是这些方式都会降低电池的能量密度。传统电池爆燃主要是因为电池内部短路，整个电池在一个电位势下，几十伏甚至几百伏直流电瞬间高电流放电，极易发生爆燃危险。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种多回路充放电防爆电池，该防爆电池能够解决现有技术中存在的容易发生爆燃危险的问题；
4.本发明提供一种多回路充放电防爆电池，其包括正极、负极、隔离膜和电池外包装体；
5.一个所述正极和一个所述负极构成一个充放电回路；
6.所述多回路充放电防爆电池包括多个充放电回路；
7.所述正极和负极均为片状结构，相邻设置的极片之间设置有隔离膜；
8.在同一个充放电回路的正极和负极之间设置有另一个或多个充放电回路的正极或负极。
9.优选的，所述正极或负极为带有离子横向穿越的孔隙缝。
10.优选的，在同一个充放电回路中，正极和负极通过直流-直流转换器连接，并对电池内部每对正负极进行电位隔离。
11.优选的，所述多回路充放电防爆电池包括多个正极和多个负极，多个负极或多个正极相邻排放，且任一正极或负极与其上下或左右或前后的正负极均不在同一电位下。
12.所述多回路充放电防爆电池，优选的包括两个正极和两个负极，两个正极分别为第一正极和第二正极，两个负极分别为第一负极和第二负极；
13.第一正极、隔离膜、第二负极、隔离膜、第一负极、隔离膜和第二正极依次排布。
14.优选的，所述多回路充放电防爆电池包括两个正极和两个负极；
15.两个正极分别为第一正极和第二正极，两个负极分别为第一负极和第二负极；
16.第一负极、隔离膜、第二正极、隔离膜、第一正极、隔离膜和第二负极依次排布。
17.优选的，所述第一正极和第一负极之间通过直流-直流转换器连接，所述第二正极和第二负极之间通过直流-直流转换器连接。
18.优选的，所述隔离膜包括隔膜以及设置在隔膜上的陶瓷层。
19.优选的，所述隔膜材料为二维石墨烯膜，在二维石墨烯膜正反两面均喷涂防火耐高温的绝缘纳米纤维。
20.优选的，所述阳极连接有正极耳、所述负极连接有负极耳；
21.正极耳、负极耳均通过导线与直流-直流转换器连接。
22.一种电池组，其包括多个所述的多回路充放电防爆电池；
23.多个多回路充放电防爆电池电位势被电位隔离变压器的推挽直流转换电路隔离后再串联或并联设置。
24.优选的，多个所述多回路充放电防爆电池通过电位隔离变压器的推挽直流转换电路隔离后经串联或并联，再与集电板连接。
25.有益效果：
26.传统电池组内，电池爆燃主要是因为电池内部短路，整个电池在同一个电位里，电池在高电压，强电流下短路便易发生爆燃。而防爆电池，由于多个充放电回路的设置，电池回路与其他任一个电池回路均是不在同一个电位，电池内部单对正负极电压较低，电流较小，即使回路间短路其能量也构不成电池爆燃。
27.多回路充放电防爆电池整体能量密度很高，但其内部具体到每一个充放电能量回路能量却很低，采用互感器隔离技术将电池内部每一个充放电能量回路间隔离，使其不在同一个电位，单个充放电能量回路即使发生短路其内部电压才几伏，爆燃危险程度大大降低。
28.通过在电池内部极片之间设置隔离膜，形成正极片和负极片、负极片和负极片、负极片与正极片依次层叠，缩短极片与极片之间的距离，利用空间，从而提高电池的能量密度以及充放电功率。
29.电池内部实施多回路充放电，并且多回路电池极板彼此间互相穿插。即使相邻极片受到挤压短路，电池照样能够正常工作。并且离子晶枝形成成长的方向始终从自己的负极向另一个充放电路的负极方向形成。即使发生晶枝刺破隔膜与陶瓷片连接，电池还是能够正常安全工作。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明具体实施方式提供的多回路充放电防爆电池的结构示意图，为更方便浅显表述，此示意图仅以两个正极两个负极表述；
32.附图标记说明：
33.1：第一正极、2：第一负极、3：第二正极、4：第二负极、5：陶瓷层、6：隔膜、7：直流-直流转换器。
具体实施方式
34.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语
″
中心
″
、
″
纵向
″
、
″
横向
″
、
″
长度
″
、
″
宽度
″
、
″
厚度
″
、
″
上
″
、
″
下
″
、
″
前
″
、
″
后
″
、
″
左
″
、
″
右
″
、
″
竖直
″
、
″
水平
″
、
″
顶
″
、
″
底
″
、
″
内
″
、
″
外
″
、
″
顺时针
″
、
″
逆时针
″
等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.此外，术语
″
第一
″
、
″
第二
″
仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有
″
第一
″
、
″
第二
″
的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，
″
多个
″
的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.如图1所示，本实施方式提供了一种多回路充放电防爆电池，其包括正极、负极、隔离膜和电池外包装体。
38.一个正极和一个负极构成一个充放电回路，多回路充放电防爆电池包括多个充放电回路。
39.正极和负极均为片状结构，相邻设置的极片之间设置有隔离膜，相邻设置的极片可能是相邻设置的两正极片，或者相邻设置的两负极片，或者相邻设置的正极片和负极片。
40.在同一个充放电回路的正极和负极之间设置有另一个充放电回路的正极或负极。
41.在本实施方式中，通过在极片之间设置隔离膜，形成正极片和负极片、负极片和负极片、负极片与正极片依次层叠摆放，缩短极片与极片之间的距离，利用空间，从而提高电池的能量密度以及充放电功率。
42.电池内部实施多回路充放电，并且多回路极板彼此间互相穿插。即使相邻电池的极片彼此间受到挤压短路，电池照样能够正常工作。并且离子晶枝形成成长的方向始终从自己的负极向另一个充放电路的负极方向形成。即使晶枝刺破隔膜6与陶瓷片连接，造成相邻两个电位势的阴极短路，电池还是能够正常安全工作。
43.枝晶的形成可以分为两个控制因素：一个动力学因素，例如电流密度、离子迁移速度、电场分布和电荷交换等因素；另一个则是热力学因素，例如表面能、吸附能、温度等。现实技术方案优化采用力求能够控制晶枝的形成方向且控制在安全区域，力求控制在两个阴极区间。
44.在同一个充放电回路中，正极和负极通过直流-直流转换器7连接。其电路图选用具有电位隔离变压器的推挽直流转换电路。
45.为了更好的表述清楚电池内部原理，特以两对正负极进行表述。在本实施方式中，仅提供了一种双回路充放电防爆电池的具体结构，其包括两种结构形式：
46.第一种结构形式：
47.多回路充放电防爆固态电池包括两个正极和两个负极；
48.两个正极分别为第一正极1和第二正极3，两个负极分别为第一负极2和第二负极4。
49.第一正极1、隔离膜、第二负极4、隔离膜、第一负极2、隔离膜和第二正极3依次排布。
50.该结构形式负极为带空隙以便于离子穿越材料。电池即使离子结晶，晶枝却处于两个阴极之间，不会在其它区域形成，两负极晶枝相向生长，两个阴极间即使发生晶枝互连还是不影响电池安全。
51.第二种结构形式：
52.多回路充放电防爆电池包括两个正极和两个负极；
53.两个正极分别为第一正极1和第二正极3，两个负极分别为第一负极2和第二负极4。
54.第一负极2、隔离膜、第二正极3、隔离膜、第一正极1、隔离膜和第二负极4依次排布。
55.第一正极1和第一负极2之间通过直流-直流转换器7连接，第二正极3和第二负极4之间通过直流-直流转换器7连接。
56.该结构形式正极为带空隙以便于离子穿越材料。电池假如发生离子结晶，晶枝处于两个阴极之间，晶枝由负极向相邻电位势的正极生长，即使发生相邻不同电位势下的正负极因晶枝造成短路，电池照常安全工作。
57.另外，电池相邻阳极与阴极，阴极与阴极不在同一电路，即使挤压，短路在一起，电池仍然能够正常工作。
58.隔离膜包括隔膜6以及设置在隔膜6上的陶瓷层5。隔膜6材料为二维石墨烯膜，在二维石墨烯膜正反两面均喷涂防火耐高温的绝缘纳米纤维。
59.通过在电池正极与负极，负极与负极、正极与正极之间设置陶瓷层5，隔膜6，当电池温度升高时，陶瓷层5不会在受热的情况下收缩，从而避免由于陶瓷层5收缩而使正极片和负极片接触，防止电池短路损坏，提高电池的安全性能。
60.阳极连接有正极耳、所述负极连接有负极耳，正极耳、负极耳均通过导线与直流-直流转换器7连接。
61.正极耳和负极耳由金属片制成，金属片为铝片、镍片或铜片。
62.在本实施方式中，还提供了一种电池组，其包括多个如以上所述的多回路充放电防爆电池，多个多回路充放电防爆电池串联或并联设置。多个所述多回路充放电防爆电池通过集电板连接。
63.也就是说，上述电池可以单独使用，也可以设置成电池组使用。
64.可以为固态电池，亦可以加注电解液为液态电池。
65.可以一正一负一负一正或一负一正一正一负进行单正单负穿插排列，也可以一正a1一正a2一负b1一负b2一负a1一负a2一正b1一正b2或一负a1一负a2一正b1一正b2一正a1一正a2一负b1一负b2进行双正双负穿插排列，还可以双正一负或一正双负穿插排列，正负极穿插排列组合方案为多种多样。
66.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种多回路充放电防爆电池，其特征在于，包括正极、负极、隔离膜及外包装体；一个所述正极和一个所述负极构成一个充放电回路；所述多回路充放电防爆电池内部包括多个充放电回路。2.根据权利要求1所述的多回路充放电防爆电池，其特征在于，在同一个充放电回路的正极和负极之间设置有另一个充放电回路的正极或负极。3.根据权利要求1所述的多回路充放电防爆电池，其特征在于，所述正极和负极为带有离子横向穿越的孔隙缝。4.根据权利要求1所述的多回路充放电防爆电池，其特征在于，在同一个充放电回路中，正极和负极通过直流-直流转换器连接，对电池内部每一个电位彼此间进行电位隔离。5.根据权利要求1-4任意一项所述的多回路充放电防爆电池，其特征在于，所述多回路充放电防爆电池包括多个正极和多个负极，多个负极或多个正极相邻排放，任一正极或负极与其上下或左右或前后的正负极均不在同一电位下。。6.根据权利要求5所述的多回路充放电防爆电池，其特征在于，所述多回路充放电防爆电池包括两个正极和两个负极，两个正极分别为第一正极和第二正极，两个负极分别为第一负极和第二负极；第一正极、隔离膜、第二负极、隔离膜、第一负极、隔离膜和第二正极依次排布；所述第一正极和第一负极之间通过直流-直流转换器连接，所述第二正极和第二负极之间通过直流-直流转换器连接。7.根据权利要求1所述的多回路充放电防爆电池，其特征在于，所述隔离膜包括隔膜以及设置在隔膜上的陶瓷层。所述隔膜材料为二维石墨烯膜，在二维石墨烯膜正反两面均喷涂防火耐高温的绝缘纳米纤维。8.根据权利要求7所述的多回路充放电防爆电池，其特征在于，通过直流-直流转换器转换后阳极连接有正极耳、所述负极连接有负极耳；正极耳、负极耳均通过导线串并联后再与直流-直流转换器连接。多回路充放电防爆电池，可以适用于固态电池，也可以适用于液态电池。9.一种电池组，其特征在于，包括多个如权利要求1-8任意一项所述的多回路充放电防爆电池；多个多回路充放电防爆电池在直流-直流转换器的另一端进行串联或并联设置。10.根据权利要求9所述的电池组，其特征在于，多个所述多回路充放电防爆电池通过集电板连接。

技术总结
本发明涉及新能源电池技术领域，尤其是涉及一种多回路充放电防爆电池。多回路充放电防爆电池包括正极、负极、隔离膜和电池包装体；一个所述正极和一个所述负极构成一个充放电回路；所述多回路充放电防爆电池包括多个充放电回路；所述正极和负极均为片状结构，相邻设置的极片之间设置有隔离膜；优选在同一个充放电回路的正极和负极之间设置有另一个充放电回路的正极或负极。通过在极片之间设置隔离膜，形成正极片和负极片、负极片和负极片、负极片与正极片依次层叠，缩短极片与极片之间的距离，将现有的电池内部一个强压电位势分化为很多独立互不干扰小电位势，达到电池防爆的目的。的。的。


技术研发人员：孙华
受保护的技术使用者：上海蒂格科技有限公司
技术研发日：2022.09.30
技术公布日：2023/7/21